一种页岩气水基钻屑土壤化的制作方法与流程

本发明涉及页岩气钻井固废资源化利用技术领域，具体公开了一种页岩气水基钻屑土壤化的制作方法。

背景技术：

页岩气水基钻屑是二开钻井过程产生的固体废物，产生量大，水基钻屑不再采取固化填埋处置方式，资源化利用是减少环境风险、彻底消纳水基钻屑的上策。目前，水基钻屑资源化主要集中在建材利用、水泥窑协同处置方面，水基钻屑土壤化研究相对较少。水基钻屑建材利用，掺量有限，建材产品量大，消纳途径受阻；水泥窑协同处置水基钻屑污染物去除较为彻底，但仅限于页岩气工区附近有大型的水泥厂，否则增加运距，处置成本较高，经济可行性较差。水基钻屑具备土壤化利用的基础，结合页岩气开发工区多处于西南喀斯特地区，土层浅薄且土质较差，水基钻屑土壤化可实现固废资源化和制备人工土壤的双重功效，既能拓宽水基钻屑消纳渠道，又能制备大量的人工土壤用于绿化种植，利用前景广阔，经济环境社会的潜在效益突出。

在页岩气水基钻屑土壤化技术的研发主要包括以下几个方面：

cn103435241—油气田钻井废弃泥浆处理工艺，本发明公开了废弃泥浆在固化池内采用植物-土壤-微生物联合无害化处理后，处置混合物符合国家土壤质量三级标准；

cn101182093—油气田钻井废弃泥浆的微生物无害化处理方法，本发明公开了利用微生物在固化池内对废弃泥浆污染物降解和转化，脱毒、脱胶、脱盐碱、脱水，实现无害化处理。

cn104829078—用混合微生物菌剂无害化处理钻井泥浆的方法，本发明公开了石油天然气钻井泥浆在固化池内利用微生物分层降解处理的方法。

cn109266353—一种水基钻屑培植土改良剂及改良方法，本发明公开了水基钻屑通过收集、脱稳、分离，采用加入污染物固结剂、调质剂、营养剂、ph调理剂等措施,将水基钻屑改良为适宜植物生长的培植土。

cn108812184—以页岩气水基钻屑和污泥发酵产物配制人工土壤的方法，本发明公开了水基钻屑脱盐处理后，与污泥发酵产物混合配制土壤，并进行了绿化种植。

综上所述，目前关于水基钻屑土壤化的研究还存在以下问题亟待解决：一是常规油气田水基钻屑与页岩气水基钻屑差异较大，需区别对待处理；二是关于油气田水基钻屑土壤化技术仍然是在固化池中进行处理，而水基钻屑资源化利用是钻后治理的主流发展方向，与环保要求有一定的差距；三是以往的水基钻屑土壤化技术均加入了大量熟土，而页岩气工区多处于西南喀斯特地区，缺乏大量的熟土资源用于水基钻屑改良为人工土壤；四是以往的水基钻屑土壤技术研究相对零散，未能技术或装备集成，不能进行规模化的应用。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种页岩气水基钻屑土壤化的制作方法，解决当前的水基钻屑产生量大、消纳途径受限、页岩气工区生态恢复严重缺土，以及未成形集成的技术处理水基钻屑的现状。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种页岩气水基钻屑土壤化的制作方法，包括如下步骤：

s1，对水基钻屑进行水洗脱盐，将水基钻屑的盐分降至2g/kg以下；

s2，在脱盐后的水基钻屑中，按照水基钻屑质量的2％～5％添加微生物菌剂并混合均匀，以形成混合物，经过微生物菌剂处理，直至混合物石油类含量降至826mg/kg以下；

s3，向混合物中，再添加水基钻屑质量的20％～40％的紫色土和20％～50％的牛粪发酵产物并混合均匀。

本发明的原理和有益效果为：

s1，对水基钻屑进行水洗脱盐，将水基钻屑的盐分降至2g/kg以下；由于水基钻屑全盐量高，使得人工土壤全盐量也较高，可能会造成人工土壤盐碱化，影响绿化植物的生长，因而对水基钻屑进行水洗脱盐是必要环节，可以有效降低人工土壤的全盐量以及部分重金属含量，为配制较好质量的人工土壤产品奠定基础。

s2，在脱盐后的水基钻屑中，按照水基钻屑质量的2％～5％添加微生物菌剂并混合均匀，以形成混合物，经过微生物菌剂处理，直至混合物石油类降至826mg/kg以下，满足gb36600-2018《建设用地土壤污染风险管控标准》第一类用地限值；水基钻屑石油类降解达标后，可保证绿化植物能够正常生长。

s3，向混合物中，再添加水基钻屑质量的20％～40％的紫色土和20％～50％的牛粪发酵产物并混合均匀，配制的人工土壤产品需满足cj/t340-2016《绿化种植土壤》要求。水基钻屑、紫色土和牛粪发酵产物作为人工土壤的组成部分，水基钻屑具有呈碱性、容重大、高钾、低氮、低磷的特点，牛粪发酵产物具有呈弱酸性、容重小、养分高、保水性能强的特点，紫色土为熟土，性质优良，因此三者可以进行优势互补形成人工土壤，人工土壤产品结构疏松、养分充足、保水保肥性能较好，能够满足乔灌草植物的正常生长需求。

本发明通过脱盐-微生物-土壤的方法联合有效处理了水基钻屑中的污染物，并形成了以水基钻屑为主、牛粪发酵产物和紫色土为辅，具有良好保水透气能力、养分充足的人工土壤，人工土壤用于西南喀斯特地区严重缺土区域的生态恢复和园林绿化建设，具有广阔的应用前景。

进一步，水基钻屑ph为8.0～10.0；盐分含量＜22.0g/kg；碱解氮＜40mg/kg；有效磷＜5mg/kg；速效钾＞300mg/kg；镉含量＜0.4mg/kg；汞含量＜0.4mg/kg；砷含量＜11mg/kg；铅含量＜11mg/kg；铬含量＜90mg/kg；铜含量＜23mg/kg；锌含量＜220mg/kg；镍含量＜27mg/kg，石油类含量＜3000mg/kg。

有益效果：水基钻屑产生量大，以水基钻屑无害化和资源化为目标，以水基钻屑为主料制备的人工土壤，消纳途径广、消纳量大，能够及时就地处置钻井过程产生的水基钻屑。

进一步，牛粪发酵产物的ph为6.6～7.3，总养分≥6％，有机质≥45％；镉含量＜1mg/kg，汞含量＜0.5mg/kg，砷含量＜1.4mg/kg，铅含量＜12.2mg/kg，铬含量＜26.7mg/kg，粪大肠菌群值＜0.3，蛔虫卵死亡率为100％。

有益效果：选取此牛粪发酵产物，主要是其具有容重小、结构疏松、有机质丰富等优点，能够较好的将水基钻屑改良为人工土壤。

进一步，紫色土的ph为7.5，盐分含量＜1g/kg；速效钾含量＜76g/kg；碱解氮＜71g/kg；有效磷＜9.4g/kg；有机质＜15g/kg；镉含量＜0.42mg/kg，汞含量＜0.13mg/kg，砷含量＜6mg/kg，铅含量＜31mg/kg，铬含量＜60mg/kg，铜含量＜27mg/kg，锌含量＜95mg/kg，镍含量＜18mg/kg。

有益效果：紫色土为熟土，土壤微生物群落丰富，能够进一步对水基钻屑深度修复，同时加快人工土壤熟化程度。

进一步，微生物菌剂主要由枯草芽孢杆菌、铜绿假单胞菌、不动杆菌按照等比例复配组成。

有益效果：加入复合微生物降解功能菌群，能够高效降解水基钻屑石油类，为配制质量优良的人工土壤产品奠定基础。

进一步，s1中，水洗脱盐采取加水混合搅拌装置快速淋洗盐分，水基钻屑进入叠螺机脱水处理，脱盐后的固相盐分含量＜2g/kg。

有益效果：使用智能撬装化的叠螺机可更好地对水基钻屑脱盐，运行连续稳定，脱盐效率较高。

进一步，人工土壤盐分含量＜1g/kg，土壤ph为7.5～7.7，入渗速率≥5mm/h，全氮≥2.0g/kg，全磷≥0.36g/kg，全钾≥5.9g/kg，有机质含量≥42.7g/kg。

有益效果：人工土壤产品各项指标满足cj/t340-2016《绿化种植土壤》要求达标后，可用于生态恢复、园林绿化等，保证绿化植物能够正常生长。

进一步，人工土壤应用于井场周围土地复垦、生态恢复、砂石地改良、工矿区生态恢复、坡地绿化、道路与隔离带及护坡绿化。

有益效果：以水基钻屑为主料配制的人工土壤的市场需求量大，水基钻屑消纳渠道广泛，经济效益显著。

进一步，s2中，混合物以条剁式堆放，每隔1～2周翻堆一次并适当补充水分，经过3～6个月的微生物菌剂处理。

有益效果：条剁式堆放有利于翻堆机进行机械化混匀，降低处理成本；定期翻堆和补充水分，有利于提高水基钻屑石油类降解效率。

进一步，s1中，水洗脱盐用水为江河水或自然降水或自来水，水洗脱盐的废水处理达标后回用。

有益效果：江河水或自然降水或自来水均为井场常用水源，就地取材更加方便，而且水洗脱盐的废水可就近流入钻井平台污水池中集中净化处理，处理达标后进行回用。

附图说明

图1为页岩气水基钻屑土壤化的制作方法的流程示意图；

图2为页岩气水基钻屑土壤化的制作方法中页岩气水基钻屑配制人工土壤的装置的主视图；

图3为图2中a1的放大示意图；

图4为图2中叠螺机出料口处出料机构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：振动筛1、暂存罐2、第一正反转电机21、第一减速器22、封板23、进料传输带3、混料罐4、叠螺机5、气缸51、连杆52、出料阀板53、接触轴54、导流板55、出料传输带6、物料添加器7。

如图1至图4所示，一种页岩气水基钻屑土壤化的制作方法，包括如下步骤：

需要使用一种页岩气水基钻屑配制人工土壤的装置，该装置包括机架和用于对水基钻屑进行翻堆的翻堆机，机架上通过螺栓固定安装有暂存罐2，暂存罐2进料口处设置有振动筛1，振动筛1包括通过螺栓固定在暂存罐2进料口上的筛网和通过螺栓固定在筛网上的振动器；暂存罐2出料口处设置有封板23，封板23转动连接在机架上，机架上通过螺栓固定连接有第一正反转电机21，第一正反转电机21连接有第一减速器22，第一减速器22的输出轴与封板23转动轴固定连接，暂存罐2出料口处下方机架上安装有进料传输带3，沿进料传输带3传输方向的末端机架上安装有混料罐4，混料罐4下方机架上通过螺栓安装有叠螺机5，叠螺机5出料口处安装有出料机构，出料机构包括出料阀板53和导流板55，导流板55安装在出料口底部出料处，出料阀板53滑动连接在叠螺机5外壁上，机架上通过螺栓固定连接有气缸51，气缸51的输出轴上连接有连杆52，连杆52与出料阀板53通过螺栓固定连接，出料阀板53底部转动连接有接触轴54，接触轴54与导流板55相抵，导流板55与接触轴54相抵处为与接触轴54形状匹配的弧形，叠螺机5的右侧机架上安装有出料传输带6，出料传输带6上罩装有物料添加器7，物料添加器7包括若干个物料添加罐，物料添加罐底部开口安装有控制阀，物料添加罐通过螺栓固定连接在机架上。

s1，对水基钻屑进行水洗脱盐处理，水基钻屑ph为8.0～10.0；盐分含量＜22.0g/kg；碱解氮＜40mg/kg；有效磷＜5mg/kg；速效钾＞300mg/kg；镉含量＜0.4mg/kg；汞含量＜0.4mg/kg；砷含量＜11mg/kg；铅含量＜11mg/kg；铬含量＜90mg/kg；铜含量＜23mg/kg；锌含量＜220mg/kg；镍含量＜27mg/kg，石油类含量＜3000mg/kg，将水基钻屑原料加入到振动筛1内，启动振动器，筛网振动对水基钻屑原料进行筛分，去除大块石头、塑料薄膜、其他杂物等，保证筛下的水基钻屑颗粒相对均匀，便于后续资源化处理；均匀的水基钻屑进入到暂存罐2内，启动第一正反转电机21，封板23正转，暂存罐2出料口打开，水基钻屑流入到进料传输带3上，进料传输带3将水基钻屑送入到混料罐4内，当混料罐4内水基钻屑达到需要的量时，驱动第一正反转电机21反转，封板23将暂存罐2出料口封闭，暂存罐2停止向进料传输带3输送物料，进料传输带3停止向混料罐4输送物料，水基钻屑暂存在暂存罐2内，然后向混料罐4内加入脱盐用水，在混料罐4内搅拌水和水基钻屑混合物，并使水基钻屑泥浆化，脱盐用水可为自来水、自然降水、沟渠水、江河水、农灌水等，水基钻屑与脱盐用水混合的体积不宜超过混料罐4自身体积的2/3；搅拌充分后，将泥浆排入到叠螺机5内，叠螺机5包括搅拌罐和压滤脱水机两部分，泥浆先进入到搅拌罐内，在搅拌罐中添加聚丙烯酰胺(pam)对混合物进行搅拌絮凝，再将絮凝的泥浆排入压滤脱水机中；滤液呈微黄清凉，滤液就近流入钻井平台污水池中集中净化处理；水基钻屑经过压滤脱水后，呈现颗粒碎块，水基钻屑的盐分将降至2g/kg以下。

s2，接着启动气缸51，气缸51带动连杆52向上运动，连杆52带动出料阀板53与导流板55分离，叠螺机5出料口打开，并将颗粒碎块状的水基钻屑通过导流板55排入到出料传输带6上，出料传输带6输送水基钻屑的过程中，使用物料添加器在脱盐后的水基钻屑中，按照水基钻屑质量的2％～5％添加微生物菌剂并混合均匀，以形成混合物，出料传输带6将把混合物输送到人工土壤堆存场地进行堆存，混合物以条剁式堆放，每隔1～2周翻堆一次并适当补充水分，经过3～6个月的微生物菌剂处理，经过微生物菌剂处理，直至混合物石油类降至826mg/kg以下，满足gb36600-2018《建设用地土壤污染风险管控标准》第一类用地限值。

s3，向混合物中，再添加水基钻屑质量的20％～40％的紫色土和20％～50％的牛粪发酵产物并混合均匀，配制人工土壤产品满足cj/t340-2016《绿化种植土壤》要求。紫色土的ph为7.5，盐分含量＜1g/kg；速效钾含量＜76g/kg；碱解氮＜71g/kg；有效磷＜9.4g/kg；有机质＜15g/kg；镉含量＜0.42mg/kg，汞含量＜0.13mg/kg，砷含量＜6mg/kg，铅含量＜31mg/kg，铬含量＜60mg/kg，铜含量＜27mg/kg，锌含量＜95mg/kg，镍含量＜18mg/kg；牛粪发酵产物的ph为6.6～7.3，总养分≥6％，有机质≥45％；镉含量＜1mg/kg，汞含量＜0.5mg/kg，砷含量＜1.4mg/kg，铅含量＜12.2mg/kg，铬含量＜26.7mg/kg，粪大肠菌群值＜0.3，蛔虫卵死亡率为100％；人工土壤盐分含量＜1g/kg，土壤ph为7.5～7.7，入渗速率≥5mm/h，全氮≥2.0g/kg，全磷≥0.36g/kg，全钾≥5.9g/kg，有机质含量≥42.7g/kg；页岩气水基钻屑土壤化利用实现后，可取代固化填埋处置方式，减少生态风险，人工土壤可用于井场周围土地复垦、生态恢复、砂石地改良、工矿区生态恢复、坡地绿化、道路与隔离带及护坡绿化等，对页岩气钻井固废资源化利用和西南喀斯特地区严重缺土区域实现生态恢复具有重要的现实意义。

实施例如下表：

具体实施过程为：

本发明实施例二的人工土壤主要理化性状如表1所示：全盐量为0.7g/kg，ph为7.6，碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为172mg/kg、104mg/kg、400mg/kg，有机质为42.7mg/kg，符合cj/t340-2016《绿化种植土壤》中的技术要求，可以作为绿化种植土壤。

表1.水基钻屑配制的人工土壤理化性质及污染物含量

实施地点位于重庆市涪陵页岩气田某井场周围严重缺土区域，实施区域面积为30m²；在该区域铺设人工土壤，略微夯实，适当灌水保持土壤湿润。2018年6月10日在本实施区点播玉米草种子，并于2018年9月10日收获玉米草。在玉米草留茬收获后，以对角线法采集土壤样品，用于测定土壤养分含量。

结果表明：玉米草种子发芽率98％以上，经过三个月的种植，植物正常生长且长势良好，玉米草地上部株高平均为100cm。玉米草种植后的人工土壤，泥土气息浓厚，土质相对疏松，有效养分充足，有机质较为丰富，在较长的一段时期内，能够满足玉米草生长需要。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除